一种模拟地热井抽水模型装置及其试验方法

本发明属于地热井抽水，具体涉及一种模拟地热井抽水模型装置及其试验方法。

背景技术：

1、我国的地热能储备非常丰富，可开发的潜力极为深远。地热能是一种绿色、环保、低碳、可再生清洁资源，水热型地热应用最为广泛。水热型地热主要用于发电、供暖、医疗洗浴等领域，目前地热开采的相关模型试验装置非常少见，而物模试验在研究热采效率特性方面具有不可替代的作用，同时物模试验装置对于热采的相关参数敏感性分析显得十分必要。

2、提高热采效率的难点是准确掌握岩土的导热率、井水流速、井直径、井间交互作用对岩土温度场影响，揭示相关参数如何影响热采效率的机制，对于提高热采效率具有重要意义。

3、基于此，提出了一种模拟地热井抽水模型装置及其试验方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种模拟地热井抽水模型装置及其试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、第一方面，一种模拟地热井抽水模型装置，包括模型箱体、岩土层、钢管抽水井、温度计、应变花、水压计和数据处理模块；

4、其中，所述模型箱体内填充有岩土层，且在所述模型箱体内的岩土层中间区域内对称的设置有两个钢管抽水井，所述钢管抽水井的底端通过软管连通有供水箱，所述钢管抽水井的顶端通过导水管连通有集水箱；

5、所述模型箱体的岩土层内还设置有多个温度计、应变花和水压计，所述温度计、应变花和水压计的信号输出端通过信号线连接在数据采集仪上，所述数据处理模块与数据采集仪之间信号连接。

6、作为本发明的进一步说明，所述模型箱体具体为由10mm厚的钢化玻璃制成的内腔的长宽高分别为3m、1m和1.8m的箱体结构，且在所述模型箱体内底面上设置有一块10mm的钢板。

7、作为本发明的进一步说明，所述岩土层具体为砂岩层、土壤层或砂岩土壤混合层。

8、作为本发明的进一步说明，所述砂岩土壤混合层具体由砂岩和土壤1:1混合制成。

9、作为本发明的进一步说明，所述温度计分别设置在钢管抽水井入口处、钢管抽水井中部处、钢管抽水井出口处与与岩土层的测点处；

10、所述应变花分别设置在岩土层的内部；

11、所述水压计分别设置在钢管抽水井入口处、钢管抽水井中部处以及钢管抽水井出口处。

12、作为本发明的进一步说明，所述钢管抽水井入口处、钢管抽水井中部处和钢管抽水井出口处共设置有6个温度计；

13、所述岩土层内设置有15个温度计测点；

14、所述钢管抽水井入口处、钢管抽水井中部处和钢管抽水井出口处共设置有6个水压计；

15、所述岩土层内设置有3个应变片。

16、作为本发明的进一步说明，所述供水箱内设置有加热器，通过所述加热器将供水箱内的水加热至设定水温。

17、作为本发明的进一步说明，所述导水管上均安装有恒流泵和流量计，通过恒流泵完成低水位至高水位抽水，完成从供水箱内抽水流经流量计后通过钢管抽水井，再通过钢管抽水井导水管上的流量计测量水流量与流速的作业。

18、作为本发明的进一步说明，所述模型箱体外侧靠近底端处还设置有箱体出水口，所述模型箱体底部至少设置有四个万向轮。

19、第二方面，一种模拟地热井抽水模型装置的试验方法，包括以下步骤：

20、s1、将钢管抽水井与供水箱和集水箱的连接，然后加热供水箱内的水至设定的温度，并分别检查温度计、水压计和应变花能否正常工作；

21、s2、在岩土层分别为砂岩层、土壤层或砂岩土壤混合层的模式下，设定钢管抽水井直径为10mm，设定水流速分别为1mm/s、10mm/s和100mm/s的情况下，供水箱内的水流经钢管抽水井，最后流回集水箱后，进行钢管抽水井流速对抽井出口水温、岩体温度场、抽井水压与岩体应变影响的试验；

22、s3、在岩土层为砂岩层的模式下，设定水流速为10mm/s，设定钢管抽水井抽水井直径分别为2mm、10mm、50mm的情况下，进行钢管抽水井直径对抽井出口水温、岩体温度场、抽井水压与岩体应变影响试验；

23、s4、设定水流速为10mm/s，设定钢管抽水井直径为10mm，分别测定砂岩层、土壤层或砂岩土壤混合层的热导率，进行岩土热导率对抽井出口水温、岩体温度场、抽井水压与岩体应变影响试验。

24、本发明与现有技术相比具有以下优点：

25、本发明通过钢化玻璃模型箱的设计，可以清楚看到模型内部实际情况，便于观测试验进程，而且通过多次重复模型试验，可以得出岩土的导热率、井水流速、井开度、井间交互作用对岩土温度场影响规律，以及热采效率的定量和定性分析，揭示相关参数影响热采效率的机制，对于提高热采效率具有重要意义。

技术特征：

1.一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于：包括模型箱体(1)、岩土层(2)、钢管抽水井(3)、温度计(6)、应变花(7)、水压计(8)和数据处理模块(10)；

2.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述模型箱体(1)具体为由10mm厚的钢化玻璃制成的内腔的长宽高分别为3m、1m和1.8m的箱体结构，且在所述模型箱体(1)内底面上设置有一块10mm的钢板。

3.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述岩土层(2)具体为砂岩层、土壤层或砂岩土壤混合层。

4.根据权利要求3所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述砂岩土壤混合层具体由砂岩和土壤1:1混合制成。

5.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述温度计(6)分别设置在钢管抽水井(3)入口处、钢管抽水井(3)中部处、钢管抽水井(3)出口处与与岩土层(2)的测点处；

6.根据权利要求5所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述钢管抽水井(3)入口处、钢管抽水井(3)中部处和钢管抽水井(3)出口处共设置有6个温度计(6)；

7.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述供水箱(4)内设置有加热器，通过所述加热器将供水箱(4)内的水加热至设定水温。

8.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述导水管上均安装有恒流泵和流量计，通过恒流泵完成低水位至高水位抽水，完成从供水箱(4)内抽水流经流量计后通过钢管抽水井(3)，再通过钢管抽水井(3)导水管上的流量计测量水流量与流速的作业。

9.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置，其特征在于，所述模型箱体(1)外侧靠近底端处还设置有箱体出水口，所述模型箱体(1)底部至少设置有四个万向轮。

10.根据权利要求1所述的一种模拟地热井抽水模型装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种模拟地热井抽水模型装置，包括模型箱体、岩土层、钢管抽水井、温度计、应变花、水压计和数据处理模块，模型箱体内填充有岩土层，且在模型箱体内的岩土层中间区域内对称的设置有两个钢管抽水井，钢管抽水井的底端通过软管连通有供水箱，钢管抽水井的顶端通过导水管连通有集水箱，模型箱体的岩土层内还设置有多个温度计、应变花和水压计，且信号输出端通过信号线连接在数据采集仪上，数据处理模块与数据采集仪之间信号连接。本发明通过多次重复模型试验，可以得出岩土的导热率、井水流速、井开度、井间交互作用对岩土温度场影响规律，以及热采效率的定量和定性分析，揭示相关参数影响热采效率的机制，经济实用。

技术研发人员：高俊义,吴乔
受保护的技术使用者：延安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13